سلولز مفید اما بدون انرژی برای بدن
مگه میشه ما مواد غذایی بخوریم که مفید باشد اما انرژی نداشته باشد؟ بله ، سلولز از واحدهای گلوکز ساخته شده است و سلولز در دیواره سلولی تمام گیاهان وجود دارد و وقتی ما آن را مصرف میکنیم آنزیمی وجود ندارد که بتواند سلولز را هضم کند اما برای بدن ما این ماده میتواند مفید باشد. در روده بزرگ یا فراخ روده باکتریهایی وجود دارند که سلولزها را مصرف میکنند و برای بدن ما ویتامینهایی را تولید میکنند. پس سلولز برای بدن ما مفید هستند اما چون هضم نمیشوند انرژی برای بدن ما ندارند.
انواع کربوهیدارتها
کربوهیدراتها یک منبع تامین انرژی برای انسانها و جانوران است. کربوهیدراتها دو نوع هستند، 1. ساده 2. مرکب (پیچیده).
کبوهیدرات ساده
مثل قند ساده یا گلوکز که در واقع همون قند میوهها است، در شکری که مصرف میکنیم هست. قند ساده دیگر که باید بشناسیم قند موجود در شیر است که لاکتوز نام دارد. فروکتوز هم کربوهیدرات ساده است.
کربوهیدات مرکب (پیچیده)
اولین آن نشاسته است که در سیبزمینی ، نان ، ذرت و برنج وجود دارد. دومین کربوهیدرات پیچیده معروف سلولز است که همه گیاهان در دیواره یاختهای خودشون سلولز دارند، درواقع سبزیجات و میوهها این کربوهیدارت پیچیده را به مقدار زیادی داخل خودشون دارند.
سومین کربوهیدات پیچیده گلیکوژن است که در بدن انسان و جانوران توسط کبد تولید میشود و در کبد و ماهیچهها یافت میشوند. و هر موقع بدن به آن نیاز داشت تبدیل به قند ساده یا گلوکز.
واحد سازنده سلولز در علوم هفتم، گلوکز است. سلولز یک پلیساکارید است که از واحدهای گلوکز تشکیل شده است. این واحدها با پیوندهای گلیکوزیدی به یکدیگر متصل میشوند و زنجیرهای خطی را ایجاد میکنند. سلولز جزء اصلی دیواره سلولی گیاهان است
سلولز از واحدهای تکراری مونومر گلوکز تشکیل شده است. این همان گلوکزی است که برای ادامهی حیات در سوخت و ساز و متابولیسم بدن مصرف میشود، ولی شما نمیتوانید آن را به شکل سلولز هضم کنید. سلولز را یک پلیساکارید نیز مینامند، چراکه از مونومر شکر ساخته شده است.
استفاده از سلولز در شامپو
مشتق دیگری از سلولز، هیدروکسیاتیلسلولز میباشد. این ماده با سلولز معمولی از این جهت متفاوت است که برخی یا تمام گروههای هیدروکسیل در واحد تکراری گلوکز (که با رنگ قرمز نشان داده شده اند) با گروههای هیدروکسیاتیلاتر (که با رنگ آبی نشان داده شده اند) جایگزین شدهاند.
این گروههای هیدروکسی اتیل مانع از این میشوند که پلیمر بتواند بلورینه شود. پس چون هیدروکسیاتیلسلولز نمیتواند متبلور شود، این ماده در آب محلول است و علاوه بر اینکه یک ملین قوی است و برای غلیظ کردن شامپوها نیز به کار میرود. ضمناً این ماده موجب میشود که صابون موجود در شامپو کمتر کفآلود باشد، و با تشکیل کلوییدهایی در اطراف ذرهی کثیفی، به شامپو کمک میکند تا بهتر تمیز کند.
معمولاً ذرات کثیفی در آب نامحلول هستند. ولی یک زنجیری هیدروکسیاتیلسلولز (خطوط آبی رنگ) میتواند خودش را حول یک ذرهی کثیفی (دایرهی قرمز رنگ) بپیچاند. این توده را می توان به عنوان یک کیک میان وعده فرض کرد که در آن زنجیری پلیمری، خود کیک، و ذرهی کثیفی مواد خامهای داخل آن است. این کیک، در آب محلول است. پس وقتی هیدروکسیاتیلسلولز به این شکل دور ذره کثیفی میپیچد و آن را میپوشاند و پنهان میکند، آب را برای پذیرش ذرهی کثیفی فریب میدهد. با این روش، کثیفی به جای رسوب مجدد بر روی موی شما، به همراه زنجیر حرکت می کند و شسته می شود.
نشاسته چیست؟
نشاسته بسیار مهم است، چون ما آن را میخوریم! نشاسته در سیب زمینی، و در غلاتی نظیر ذرت و گندم یافت میشود. ساختار این ماده از واحدهای تکراری گلوکز تشکیل شده است.
در بدن پروتئینهای ویژهای به نام آنزیم (که اتفاقاً آنها هم پلیمر هستند) نشاسته را به واحدهای گلوکز میشکنند تا بدن بتواند برای دستیابی به انرژی آن را بسوزاند. اگر رژیم غذایی سالمی دارید، قاعدتاً بیشتر انرژی خود را از طریق نشاسته به دست میآورید.
از آنجایی که نشاسته از مولکول های شکر ساخته شده است، آن را یک پلیساکارید مینامند. این بسیار شبیه به سلولز است.
نیتراتسلولز
یکی از مشتقات اولیهی سلولز هنگامی به وجود آمد که یک دانشمند، سلولز را در شکل پنبه با اسیدنیتریک وارد واکنش کرد. نتیجه ، نیتراتسلولز بود.
نیتراتسلولز که پنبهی آتشین نیز نامیده میشود، تبدیل به یک ماده منفجره قوی شد. خیلی زود، این ماده به عنوان یک ماده منفجره جایگزین باروت رایج در مهمات برای تفنگها و توپخانهها گشت. این ماده آنقدر خوب کار کرد که در جنگ جهانی اول، قادر به کشتن ۱۰ میلیون نفر در ظرف تنها ۴ سال شد.
با یک نگاه بی طرفانه به نیتراتسلولز، این ماده برای اهدف صلحدوستانه هم به کار رفته است. در آن زمان، خطر انقراض فیلهای آفریقا به دلیل مصرف عاجشان در توپهای بیلیارد به وجود آمد. نیتراتسلولز یک ماده گرمانرم نیز میباشد و به سرعت برای ساخت توپها برای سالنهای بیلیارد جهان به کار برده شد. تنها مشکلی که هر از چند گاهی اتفاق میافتاد این بود که این توپها هنگام شکستن، منفجر میشدند.
همچنین نیتراتسلولز، برای ساخت اولین مواد کامپوزیتی حاوی پلیمر، یعنی شیشهی ایمنی، به کار رفت. این شیشه، به صورت یک ساندویچ بود که از ورقههای نیتراتسلولز بین دو لایه از شیشه، ساخته شده بود. وقتی شیشه میشکست نیتراتسلولز، آن را به هم پیوسته نگاه میداشت. این برای شیشهی جلوی اتومبیل واقعاً عالی بود. در حین تصادف، شیشه باز هم میشکست، اما تکههای شکستهی آن به جای پرتاب شدن به صورت مسافرین، چسبیده به نیتراتسلولز باقی میماندند.
استاتسلولز
اگر واکنش سلولز با نیتریکاسید، نیتراتسلولز بدهد، منطقی است که از واکنش سلولز با استیکاسید، استاتسلولز به دست میآوریم. این ماده به عنوان لیف به کار میرود. لیف استاتسلولز برای ساخت البسه به کار میرود. به عنوان یک گرمانرم، این ماده برای فیلم عکاسی نیز استفاده میشود. قبل از آن، نیتراتسلولز در همین کاربرد به کار میرفت، اما وجود همزمان نیتراتسلولز آتشگیر ولامپهای داغ نورافکن سینما در کنار هم، منجر به آتشسوزی بسیاری از سالنهای سینما شد. استاتسلولز موفق شد تا از سالنهای سینما در برابر آتشسوزی محافظت نموده، و فیلمهای قدیمی را برای زمان طولانیتری نگه دارد. امروزه فیلمهای پلیاستری جدید جایگزین فیلمهای سلولزی قدیمی شدهاند.
رایون
اجازه بدهید درهمین ابتدا یک چیز را روشن کنیم. نام «رایون» برای بسیاری از پلیمرها استفاده شده است، اما امروزه هنگامی که در مورد رایون صحبت میکنیم، معمولاً راجع به زانتاتسلولز سخن میگوییم. این ماده به عنوان لیف برای تهیهی لباسهای رایونی مثل پیراهنهای آستین کوتاه طرح دار استفاده میشود. در واقع رایون اصلی، همان نیتراتسلولز بود اما به دلیل آتشگیر بودن، خیلی زود توسط استاتسلولز و زانتاتسلولز در الیاف جایگزین شد.
حالا ممکن است بپرسید، با توجه به این که خود سلولز، الیاف شگفتانگیزی میسازد چرا هنگام تهیهی الیاف باید آن را اصلاح نمود؟ رشتههای سلولزی که الیاف سلولز را تشکیل میدهند، کرک و پرز دارند. البته این امر مشکلی ندارد. اما از طرف دیگر، ابریشم، رشتههای صاف و همواری دارد که سبب میشود پارچههای ابریشمی براق به نظر برسند. وقتی کشف کردند که الیاف نیتراتسلولز هم صاف هستند و میتوانند برای ساخت لباسهایی با درخشش ابریشم به کار برده شوند، مشتقات سلولز تبدیل به یک جایگزین ارزان برای ابریشم گرانقیمت شدند.
سِلولُز (به انگلیسی: Cellulose) یک ترکیب آلی با فرمول شیمیایی (C
۶H
۱۰O
۵)
n است. این ترکیب، یک پلیساکارید متشکل از یک زنجیرهٔ خطی شامل صدها تا هزاران واحد دی-گلوکز است که با پیوند گلیکوزیدی به یکدیگر متصل هستند.[۳][۴] سلولز یک جزء ساختاری مهم دیواره سلولی اولیهٔ گیاهان سبز، بسیاری از اشکال جلبکها و آبکپکها است. برخی از گونههای باکتری نیز سلولز را بهمنظور تشکیل بیوفیلم، ترشح میکنند.[۵] سلولز، فراوانترین زیست بسپار روی زمین است.[۶] محتوای سلولز در پنبه، حدود ۹۰ درصد، در چوب بین ۴۰ تا ۵۰ درصد و در کنف خشکشده تقریباً ۵۷ درصد است.[۷][۸][۹]
سلولز عمدتاً برای تولید مقوا و کاغذ استفاده میشود. این ماده همچنین به طیف گستردهای از محصولاتی چون سلفون و ابریشم مصنوعی تبدیل میشود. تولید و عرضهٔ زیستسوختهایی مانند اتانول سلولزی از سلولز بهعنوان یک منبع سوخت تجدیدپذیر در حال توسعه است. سلولز برای مصارف صنعتی عمدتاً از خمیر کاغذ و پنبه با انجام یک سری از فرایندها، بهدست میآید.[۱۰]
دستگاه گوارش انسان، قادر به هضم سلولز نیست، بنابراین باکتریهای موجود در دستگاه گوارش واقع در روده بزرگ سلولز را به گلوکز تبدیل کرده و مصرف میکنند. برخی جانوران مثل نشخوارکنندهها و موریانهها میتوانند سلولز را به کمک میکروارگانیسمهایی چون تاژکپریها که بهصورت همزیست، در دستگاه گوارش آنها زندگی میکنند، هضم کنند. این میکروارگانیسمها با آزادکردن آنزیمهایی، سلولز را هضم میکنند.
در تغذیه انسان، سلولز یک ترکیب غیرقابل هضم و یک فیبر غذایی نامحلول است که بهعنوان یک عامل افزایش حجم آبدوست در مدفوع عمل میکند و بهطور بالقوه به دفع مدفوع و جلوگیری از یبوست، کمک میکند.
تاریخچه
سلولز در سال ۱۸۳۸ توسط شیمیدان فرانسوی آنسلم پین کشف شد که آن را از مواد گیاهی جدا کرد و فرمول شیمیایی آن را تعیین کرد. سلولز برای تولید نخستین پلیمر ترموپلاستیک موفق، سلولوئید، توسط شرکت تولیدیهایت در سال ۱۸۷۰ استفاده شد. تولید ابریشم مصنوعی از سلولز در دههٔ ۱۸۹۰ آغاز شد و سلفون در سال ۱۹۱۲ اختراع شد. هرمان اشتاودینگر، ساختار پلیمری سلولز را در سال ۱۹۲۰ تعیین کرد. این ترکیب برای نخستین بار در سال ۱۹۹۲ توسط کوبایاشی و شدا (بدون استفاده از آنزیمهای بیولوژیکی) بهصورت شیمیایی سنتز شد.
ویژگیها
سلولز طعم ندارد، بیبو و آبدوست با زاویه تماس ۲۰ تا ۳۰ درجه است.[۱۵] این ماده در آب و اکثر حلالهای آلی نامحلول بوده و کایرال و زیستتخریبپذیر است. در پژوهشی در سال ۲۰۱۶، نشان داده شد که سلولز، در ۴۶۷ درجهٔ سانتیگراد، ذوب میشود.[۱۶] سلولز را میتوان با استفاده از اسیدهای معدنی غلیظ در دمای بالا به زیرواحدهای گلوکز تجزیه کرد.[۱۷]
هر ۵ مولکول سلوبیوز با آرایش فضایی مکعبی، شکل، بلور سلولز را به وجود میآورند و از مجموعه بلورهای سلولز، رشته ابتدایی یا میسل سلولز تشکیل میشود. مجموعه میسلها، میکروفیبریل سلولزی را به وجود میآورند که قطری حدود ۲۵ نانومتر دارد. از مجموع حدود ۲۰ میکروفیبریل، ماکروفیبریل سلولزی تشکیل میشود.
ابعاد
سلولز از واحدهایی با قطر ۳۵ آنگستروم تشکیل شده که آنها را رشتههای ابتدایی مینامند. این قطر اغلب درست است اما حتمی نیست؛ مثلاً در برخی نمونهها مثل سلولز جلبک والونی ۳۰۰ آنگستروم و در ترکیبات موسیلاژی برخی میوهها تنها ۱ آنگستروم است. به این ترتیب تصور حالت همگن برای رشتههای ابتدایی سلولز، کنار گذاشته شد و اشکال مختلف (استوانهای – منشوری با قاعده مربعی – روبان کم و بیش پهن) منظور گردید.
دو عامل در محدودیت ابعاد این واحدها دخالت دارد: یکی همیسلولزها که همانند پوششی، رشد جانبی رشتههای سلولزی را محدود میکنند و دیگری آرایش یا سازمانیافتگی حاصل از مجموعه سلولز سنتتازی (آنزیم تولیدکننده سلولز) غشای سلولی که رشتههای اولیهٔ سلولزی را میسازد. سلولز در برابر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی پلیمریزاسیون مولکولهای پیشساز سلولز تشکیل میشود. پس از تشکیل مولکولهای سلولز، تجمع آنها به صورت بلورهای سلولز و رسیدن به حد میکروفیبرلها و ماکروفیبریلهای سلولزی بر پایهٔ پدیدهٔ خودآرایی با برقراری پیوندهای هیدروژنی بینمولکولی است. این تجمع، نیاز به آنزیم ندارد.
فرمهای سلولز
α – سلولز: این فرم از سلولز در محلول ۱۷٫۵ درصد از هیدروکسید سدیم در ۲۰ درجه سانتیگراد حل نمیشود.
β – سلولز: β – سلولز در این محلول، حل شده اما به محض اسیدی کردن محلول تهنشین میشود.
γ – سلولز: در محلول ۱۷٫۵ درصد هیدروکسید سدیم حل میشود اما با اسیدی شدن محلول تهنشین نمیشود.
تجزیهٔ سلولز
تجزیهٔ سلولز، بهوسیلهٔ سلولازها انجام میشود. سلولازها را به دو گروه اگزوسلولازها و آندوسلولازها تقسیمبندی میکنند. اگزوسلولازها قدرت عمل بیشتری دارند و بر انواع مختلف سلولز چه سلولز بلوری و چه سلولز غیربلوری که در نتیجهٔ آسیب یا تخریب بخشهای سلولزی بلوری ایجاد میشود اثر میکنند و در مرحلهٔ اول عمل خود، موجب گسستن پیوندهای بینمولکولی میشوند. آندوسلولازها بر محصول عمل اگزوسلولازها اثر میکنند و موجب گسستن پیوندهای درونمولکولی میگردند؛ بنابراین سلولازها اشتراک یا تعاون عمل دارند.
کاربردها
سلولز برای مصارف صنعتی عمدتاً از خمیر چوب و از پنبه بهدست میآید.
محصولات کاغذی: سلولز، مادهٔ اصلی تشکیلدهندهٔ کاغذ و مقوا است. سلولز همچنین در تولید کاغذهای عایق الکتریکی مورد استفاده است و در اَشکال مختلف در ترانسفورماتورها، کابلها و سایر تجهیزات الکتریکی بهعنوان عایق الکتریکی مورد استفاده است.
الیاف: سلولز عنصر اصلی در تولید منسوجات است. این ماده در پنبه، نایلون، ابریشم مصنوعی، سلفون و سایر الیاف گیاهی، موجود است.
محصولات مصرفی: سلولز میکروکریستالی (E460i) و سلولز پودری (E460ii) بهعنوان پرکنندههای غیرفعال در قرصها استفاده میشوند. و طیف گستردهای از مشتقات سلولز محلول، شماره E461 تا E469، بهعنوان امولسیفایر، غلیظکنندهها و تثبیتکنندههای مواد غذایی استفاده میشوند. بهعنوان مثال، پودر سلولز در پنیرهای فرآوریشده در داخل بسته استفاده میشود. سلولز بهطور طبیعی در برخی از غذاها وجود دارد و یک افزودنی در غذاهای تولیدی است، که به یک جزء غیرقابل هضم برای ایجاد بافت و حجم مناسب محصول، کمک میکند و بهطور بالقوه نیز به اجابت مزاج کمک میکند.
مصالح ساختمانی: پیوند هیدروکسیل سلولز در آب، مادهای قابل پاشیدن و قالبگیری را بهعنوان جایگزینی برای استفاده از پلاستیک و رزین تولید میکند. این مادهٔ قابل بازیافت را میتوان در برابر آب و آتش مقاوم کرد که استحکام کافی برای استفاده بهعنوان مصالح ساختمانی را فراهم میکند.عایق سلولزی ساختهشده از کاغذهای بازیافتی بهعنوان یک ماده ارجح از نظر زیستمحیطی برای عایقبندی ساختمان مورد توجه قرار گرفتهاست. این ماده را میتوان با استفاده از بوریک اسید، در برابر آتش، مقاوم کرد.
سایر کاربردها: سلولز را میتوان به صفحات نازک و شفاف سلفون تبدیل کرد. این ماده پایه سلولوئیدی است که تا اواسط دههٔ ۱۹۳۰ برای فیلمهای عکاسی و تصویربرداری استفاده میشد. از سلولز برای تولید پیونده و چسبهای محلول در آب مانند متیل سلولز و کربوکسی متیل سلولز استفاده میشود. از این دو ماده در تولید خمیر کاغذ دیواری استفاده میشود. از سلولز همچنین برای ساخت اسفنجهای آبدوست و بسیار جاذب استفاده میشود. سلولز مادهٔ خام در ساخت نیتروسلولز (نیترات سلولز) است که در تولید باروت بیدود استفاده میشود.
داروها: مشتقات سلولز مانند سلولز میکروکریستالی (MCC) دارای مزایایی چون حفظ آب، تثبیتکنندگی و غلیظکنندگی بوده و در تولید قرصها کاربرد دارند.
سلولز همچنین در آزمایشگاه بهعنوان جزء عملکنندهٔ فاز جامد در کروماتوگرافی لایهنازک، استفاده میشود.
